Подгруппа углерода, в которую входят углерод, кремний, германий, олово и свинец, является главной подгруппой 4 группы Периодической системы. Дмитрий Иванович Менделеев

Углерод и кремний являются типичными неметаллами, а олово и свинец – типичными металлами. Германий занимает промежуточное положение.

Общая характеристика подгруппы Атомный радиус сверху вниз возрастает Температура плавления и кипения убывает Энергия ионизации убывает Металлические свойства уменьшаются Основные свойства увеличиваются

Углерод

Физические свойства Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

Его также называют фуллерен.

Структуры алмаза (а), графита (б) и фуллерена (в)

Кристаллические решётки алмаза (а) и графита (б) а

Химические свойства Химические свойства углерода обычно рассматриваются на примере графита или углей, поскольку алмаз химически неактивен. Углерод малоактивное вещество и в реакции вступает при нагревании или поджигании, что связано с затратами энергии для разрушения кристаллической решетки.

Взаимодействие с неметаллами

Химические свойства 1. Взаимодействие с водородом происходит при высокой температуре и наличии катализатора. Ni C + 2H 2 = CH 4 2. Взаимодействие с кислородом. При сгорании углей образуется диоксид углерода (СО 2 ).. C + O 2 = CO 2 С + СО 2 = 2СО (угарный газ) 3. Углерод непосредственно взаимодействует только с фтором. Соединения с хлором, бромом, йодом получают косвенным путем. С + 2F 2 = CF 4 4. Углерод при нагревании соединяется с серой и азотом. C + 2S = CS 2 (сероуглерод) 2C + N 2 = (CN) 2 - дициан Сероуглерод является хорошим растворителем жиров, смол, лаков. 5. При высокой температуре углерод образует с металлами или их оксидами карбиды. 2C + Ca = CaC 2 2Na + 2C = Na 2 C 2 4Al + 3C = Al 4 C 3 C + 3Fe = Fe 3 C CaO + 3C = CaC 2 + CO 2 Al 2 O 3 + 9C = Al 4 C 3 + 6CO

Химические свойства 6. При нагревании углерод окисляется азотной и конц. серной кислотами, хотя на холоду устойчив к действию этих и других кислот. C + 2H 2 SO 4 (конц.) = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O 3C + 4HNO 3 (разб.) = 3CO 2 + 4NO + 2H 2 O 7. Уголь при нагревании проявляет сильные восстановительные свойства, что используется в металлургии. Восстановителем является как сам углерод, так и,образующийся при сгорании угля,монооксид углерода. Fe 3 O 4 + 2C = 3Fe + 2CO 2 2ZnO + C = 2Zn + CO 2 MnO 2 + C = Mn + CO2 BaSO 4 + 2C = BaS + 2CO 2 SiO 2 + C = Si + CO 2 Ca 3 (PO 4 ) C + 6SiO 2 = P 4 + 6CaSiO CO 8. При высокой температуре (1000 o C) уголь разлагает воду: С + H 2 O = CO + H 2

При высоких температурах углерод окисляет водород и металлы. В реакциях с кислородом и оксидами металлов проявляет восстановительные свойства.

Углерод в организме Углерод - важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и др.). Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счёт окисления углерода. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений.

Нахождение в природе В природе углерод встречается в виде: алмаза карбина графита в соединениях – в виде каменного и бурого углей и нефти. Входит в состав природных карбонатов: известняка, мрамора, мела CaCO 3, доломита CaCO 3, MgCO 3. Является важной составной частью органических веществ.

Кристаллические решётки алмаза (а) и графита (б) а

При нагревании углерод соединяется с кислородом, образуя оксид углерода (IV), или углекислый газ: С + O 2 = CO 2 При недостатке кислорода образуется оксид углерода (II), или угарный газ: 2С + О 2 = 2СО С водородом углерод соединяется только при высоких температурах и в присутствии катализаторов. В зависимости от температуры образуются различные углеводороды, например, метан: С + 2H 2 = CH 4 Углерод взаимодействует при нагревании с серой и фтором, в электрической дуге с азотом: С + 2S = CS 2 С + 2F 2 = CF 4 2С + N 2 = (CN) 2

Углерод – сильный восстановитель. При нагревании с водяным паром он вытесняет из воды водород: Н 2 O + С = СО + Н 2 При нагревании углерода с оксидом углерода (IV) образуется угарный газ: С + СО 2 = 2СО Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов: 2Fe 2 O 3 + 3С = 4Fe + 3CO 2 С металлами или их оксидами углерод образует карбиды: CaO + 3C = CaC 2 + СО

При взаимодействии с металлами углерод образует карбиды

Углерод в виде сажи, кокса, древесного угля, костных углей широко используется в металлургии, синтезе органических веществ, как топливо, в быту.